Nachhaltige Energiesysteme mit Fokus Energiemeteorologie und Energiespeicherung

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Einfluss von Wetter und Klima auf die regenerative Energieversorgung

Ein Teil der Forschung am IZNE beschäftigt sich mit dem Einfluss von Wetter, Luftverschmutzung und Klima auf die solare Energieversorgung. Ziel der Forschung ist eine verbesserte Vorhersage des solaren Energieangebots unter unterschiedlichen Wettersituationen und Klimabedingungen. Ein Teil der Aktivitäten beschäftigt sich mit der Rolle von Aerosolen und Staub, andere Arbeiten mit dem Einfluss von inhomogener Bewölkung. Die Energiemeteorologie liefert eine wichtige Basis für die Entwicklung intelligenter Planungs- und Steuerungstools und damit für die Digitalisierung der Energiewende, indem sie die Vorhersagen der solaren Energieproduktion und das Verständnis der wetterbedingten Dynamik von Netzen mit hohem Solarstromanteil und integrierten Speichern verbessert.

Die wetterbedingten Schwankungen der Energieerzeugung finden auf unterschiedlichsten räumlichen und zeitlichen Skalen statt. Bewölkung führt zu Schwankungen im Sekunden- und Minutenbereich, Wetterbedingungen führen zu Variabilität auf einer synoptischen Skala. Hinzu kommen saisonal bedingte Unterschiede im Energieangebot, aber auch klimatische Bedingungen. Ein besseres Verständnis der meteorologisch und klimatisch bedingten Variabilität ist daher eine Grundvoraussetzung zur Optimierung regenerativer Energiesysteme. Dies gilt sowohl für Insellösungen als auch für Netzverbünde. Aus diesem Grund betreibt das IZNE zusammen mit dem Fachbereich EMT ein „Energiemeteorologisches Labor“ am Standort Sankt Augustin.

Rolle von Energiespeichern für eine nachhaltige Energieversorgung

Energiespeicher sind die Voraussetzung, um einen Umstieg der Energieversorgung auf erneuerbare Energien zu bewerkstelligen. Sie dienen als Puffer für die wetterbedingte Variabilität von regenerativer Energieerzeugung aus Wind und Sonne und den Schwankungen im Energiebedarf. Dabei spielt die Frage nach der Nachhaltigkeit verschiedener Speichertechnologien eine wichtige Rolle. Diese Fragen werden intensiv im Rahmen regelmäßiger Lehrveranstaltungen diskutiert.“

Chemische Energiespeicher wie Wasserstoff, Methanol und synthetische Kraftstoffe eignen sich hervorragen, um auch längere Dunkelflauten zu überbrücken. Sie können außerdem sektorenübergreifend (Energie-, Verkehrs- und Industriesektor), genutzt werden. Daher wurde die Forschung in diesem Bereich in den letzten Jahren gemeinsam mit der Arbeitsgruppe Energie und der Arbeitsgruppe Netzwerke des Instituts für Technik, Ressourcen- und Energieeffizienz kontinuierlich ausgebaut. Der Fokus liegt auf der Integration von Power-to-X Technologien in regenerative Energienetze (Strom-Gas-Wärme). Das IZNE ist über die Hochschule Mitglied im Wasserstoffnetzwerk HyCologne und engagiert sich in der Wasserstoffregion Rheinland. Aktuelle Arbeiten im Bereich Modellbildung und Simulation beschäftigen sich mit der dynamischen Modellierung systemintegrierter Wasserstoffspeicher.